ชิปประมวลผลกราฟิกR420 ที่พัฒนาโดยATI Technologies เป็นพื้นฐานสำหรับ กราฟิกการ์ด รุ่นที่ 3 ที่รองรับ DirectX 9.0/ OpenGL 2.0 ของบริษัทโดยเริ่มใช้ครั้งแรกใน Radeon X800 ชิป R420 ผลิตด้วย กระบวนการ โฟโตลิโทกราฟีแบบ low -K ที่ความละเอียด 0.13 ไมโครเมตร (130 นาโนเมตร ) และใช้ หน่วยความจำ GDDR-3ชิปนี้ได้รับการออกแบบมาสำหรับกราฟิกการ์ดAGP

การสนับสนุนไดรเวอร์ของแกนหลักนี้ถูกยกเลิกตั้งแต่ Catalyst 9.4 และส่งผลให้ไม่มี การสนับสนุน Windows 7 อย่างเป็นทางการ สำหรับผลิตภัณฑ์ X700 - X850 ใดๆ^{[ 1 ]}

ในแง่ของฟีเจอร์ DirectX ที่รองรับนั้น R420 (รหัสชื่อLoki ) คล้ายคลึงกับR300 มาก โดยพื้นฐานแล้ว R420 ใช้แนวคิด "ยิ่งกว้างยิ่งดี" กับสถาปัตยกรรมรุ่นก่อนหน้า พร้อมกับการปรับแต่งเล็กน้อยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในหลายๆ ด้าน ชิปนี้มาพร้อมกับทรัพยากรสำหรับการประมวลผลพิกเซลและจุดยอดมากกว่า R360 ของ Radeon 9800 XT (ซึ่งเป็นการพัฒนาเล็กน้อยจาก R350) ถึงสองเท่า โดยมี ไปป์ไลน์พิกเซล DirectX 9.0b จำนวน 16 ตัว และ ROPs จำนวน 16 ตัว อาจกล่าวได้ว่า X800 XT นั้นเปรียบเสมือนแกนประมวลผลของ Radeon 9800 สองตัวที่เชื่อมต่อกัน และทำงานด้วยความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นประมาณ 30%

การออกแบบ R420 ใช้การจัดเรียงแบบ 4 "ควอด" (4 ไปป์ไลน์ต่อควอด) การจัดระเบียบภายในแบบนี้ทำให้ ATI สามารถปิดใช้งาน "ควอด" ที่มีข้อบกพร่องและจำหน่ายชิปที่มีไปป์ไลน์พิกเซล 12, 8 หรือแม้แต่ 4 ไปป์ไลน์ ซึ่งเป็นการพัฒนาต่อยอดจากเทคนิคที่ใช้ใน Radeon 9500/9700 และ 9800SE/9800 การแบ่งออกเป็น "ควอด" ยังช่วยให้ ATI สามารถออกแบบระบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของชิปได้ ระบบนี้เรียกว่า "ระบบกระจายงานแบบควอด" โดยหน้าจอจะถูกแบ่งเป็นไทล์และงานจะถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอไปยัง "ควอด" แต่ละส่วนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผล นี่คือวิธีการที่ชิปซีรีส์ R300 ทำงานเช่นกัน แต่ R420 ได้ปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นโดยอนุญาตให้กำหนดขนาดไทล์ได้เพื่อควบคุมการไหลของงานในระดับที่ละเอียดขึ้น เห็นได้ชัดว่าการลดขนาดไทล์ทำให้ ATI สามารถปรับให้เหมาะสมกับขนาดสามเหลี่ยมที่แตกต่างกันได้

เมื่อ ATI เพิ่มจำนวนไปป์ไลน์พิกเซลเป็นสองเท่า พวกเขายังเพิ่มจำนวน เอ็น จิ้นเชเดอร์เวอร์เท็กซ์จาก 4 เป็น 6 ด้วย ซึ่งทำให้สัดส่วนของเชเดอร์พิกเซล/เชเดอร์เวอร์เท็กซ์เปลี่ยนจาก 2:1 (ใน R300) เป็น 8:3 แสดงให้เห็นว่า ATI เชื่อว่าภาระงานในเกมตั้งแต่ปี 2004 เป็นต้นไปนั้นเน้นไปที่เชเดอร์พิกเซลและการสร้างพื้นผิวมากกว่าเรขาคณิต การแมปแบบนอร์มัลและพาราแลกซ์เข้ามาแทนที่ความซับซ้อนทางเรขาคณิตสำหรับรายละเอียดของโมเดล ดังนั้นจึงไม่ต้องสงสัยเลยว่านั่นเป็นส่วนหนึ่งของเหตุผล ที่น่าแปลกคือ การ์ด X700 รุ่นหลัก (RV410) มีเชเดอร์เวอร์เท็กซ์ 6 ตัว ในขณะที่มีเพียงควอด 2 ตัวเท่านั้น ดังนั้นชิปนี้จึงถูกออกแบบมาเพื่อรองรับภาระงานด้านเรขาคณิตที่หนักกว่าการสร้างพื้นผิวอย่างเห็นได้ชัด อาจจะถูกออกแบบมาเพื่อใช้เป็น ชิป FireGL RV410 ยังมีประสิทธิภาพเหนือกว่า GeForce 6600GTของ NVIDIA (เชเดอร์เวอร์เท็กซ์ 3 ตัว) อย่างมากในด้านปริมาณงานด้านเรขาคณิต ด้วยหน่วยประมวลผล Vertex Shader 6 ตัวของ R420 และ RV410 ผนวกกับความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงกว่ารุ่นก่อนหน้า ATI จึงสามารถเพิ่มขีดความสามารถในการประมวลผลรูปทรงเรขาคณิตได้มากกว่าสองเท่าเมื่อเทียบกับ 9800XT

แม้ว่าชิปที่ใช้ R420 จะมีความคล้ายคลึงกับคอร์ที่ใช้ R300 โดยพื้นฐาน แต่ ATI ก็ได้ปรับแต่งและเพิ่มประสิทธิภาพหน่วยประมวลผลพิกเซลเชเดอร์เพื่อให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้น พิกเซลเชเดอร์เวอร์ชันใหม่ (PS2.b) อนุญาตให้โปรแกรมเชเดอร์มีความยืดหยุ่นมากกว่า PS2.0 ทั่วไปเล็กน้อย แต่ก็ยังไม่ถึงความสามารถของ PS3.0 อย่างเต็มที่ การปรับปรุง PS2.0 ครั้งใหม่นี้ได้เพิ่มจำนวนคำสั่งและรีจิสเตอร์สูงสุดที่มีให้สำหรับโปรแกรมพิกเซลเชเดอร์^{[ 2 ]}

ATI ได้เปิดตัวTemporal Anti-Aliasingเทคโนโลยีลดรอยหยักแบบใหม่ที่ชิปของพวกเขาสามารถทำได้ โดยใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์เฟรมต่อสายตาของอัตราเฟรมที่สูงกว่า 60 เฟรม/วินาที GPU สามารถลดรอยหยักของขอบภาพได้ดียิ่งขึ้นโดยการหมุนรูปแบบการสุ่มตัวอย่างลดรอยหยักระหว่างเฟรม การตั้งค่าซอฟต์แวร์ 2X จึงให้ความรู้สึกเทียบเท่ากับ 4X อย่างไรก็ตาม ระบบจำเป็นต้องรักษาอัตราเฟรมอย่างน้อย 60 เฟรม/วินาที มิฉะนั้น Temporal Anti-Aliasing จะทำให้เกิดการกระพริบที่สังเกตได้ เนื่องจากผู้ใช้จะสามารถเห็นรูปแบบ AA ที่สลับกันได้ หากไม่สามารถรักษาอัตราเฟรมได้ ไดรเวอร์จะปิดใช้งาน Temporal AA แต่ในเกมที่สามารถรักษาประสิทธิภาพระดับนี้ได้ Temporal AA ก็เป็นส่วนเสริมที่ดีเยี่ยมสำหรับตัวเลือกลดรอยหยักที่ยอดเยี่ยมของ ATI โปรดทราบว่า "Temporal AA" ของ ATI นั้นแท้จริงแล้วเป็นตัวกรองการกระจายแสงแบบชั่วคราวสำหรับ AA แบบเชิงพื้นที่ ไม่ใช่การลดรอยหยักแบบชั่วคราว โดยแท้จริง (ซึ่งต้องเกี่ยวข้องกับการผสมผสานตัวอย่างย่อยแบบชั่วคราวจากหน้าจอที่ต่อเนื่องกันอย่างควบคุมได้)

อีกหนึ่งส่วนเพิ่มเติมที่น่าสนใจในแกนหลักคือ การบีบอัด Normal Map รูปแบบใหม่ ที่เรียกว่า " 3Dc " คล้ายกับการบีบอัด Textureที่เป็นส่วนหนึ่งของ ข้อกำหนด Direct3Dมานานหลายปีและใช้สำหรับการบีบอัด Texture ทั่วไป การบีบอัด Normal Map จะบีบอัดเลเยอร์รายละเอียดพื้นผิวชนิดใหม่นี้ เนื่องจาก DirectX Texture Compression ( DXTC ) เป็นแบบบล็อกและไม่ได้ออกแบบมาสำหรับคุณสมบัติข้อมูลที่แตกต่างกันของ Normal Map จึงจำเป็นต้องมีวิธีการบีบอัดใหม่เพื่อป้องกันการสูญเสียรายละเอียดและสิ่งผิดปกติอื่นๆ 3Dc นั้นใช้พื้นฐานจากโหมด DXT5 ที่ได้รับการดัดแปลง ซึ่งในความเป็นจริงแล้วเป็นตัวเลือกสำรองสำหรับฮาร์ดแวร์ที่ไม่รองรับ 3Dc ซอฟต์แวร์ที่ใช้ Normal Mapping อย่างหนักจะได้รับความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างมากจากการประหยัด Fillrate และแบนด์วิดท์โดยใช้ 3Dc ATI ได้แสดงคุณสมบัติใหม่ๆ มากมายของชิปในเดโมแบบเรียลไทม์เพื่อการโปรโมตที่ชื่อว่าRuby: The Doublecross

ส่วนประกอบอื่นๆ ของ GPU ส่วนใหญ่คล้ายคลึงกับ R300 อย่างมาก ตัวควบคุมหน่วยความจำและเทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพแบนด์วิดท์ หน่วยความจำ ( HyperZ ) นั้นเหมือนกันทุกประการ

R420 จริงๆ แล้วเป็นโครงการรุ่นที่ 4 รองของ ATI โดยแผน R400 เดิม ซึ่งมีชื่อรหัสภายในว่า "Crayola" ถูกยกเลิกไป^{[ 3 ]} R400 จะมีคุณสมบัติครบถ้วนกว่า โดยมีการรองรับ shader Model 3 แบบรวมศูนย์ รวมถึงการปรับปรุงอื่นๆ แต่เชื่อกันว่า ATI พิจารณาว่า R400 ซับซ้อนเกินไปโดยไม่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันที่จะมีให้ใช้งาน และอาจมีความเสี่ยงที่จะพัฒนาบนกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ในขณะนั้น^{[ 4 ]}ดังนั้น สถาปัตยกรรม R400 จึงถูกนำไปใช้เฉพาะใน ชิป Xenosที่ใช้ในเครื่องเล่นเกมXbox 360 ^{[ 5 ]}และกลายเป็นพื้นฐานสำหรับ GPU มือถือ Qualcomm Adreno 200 ซึ่งเดิมเรียกว่า AMD Z430 ^{[ 6 ]}ในตระกูล Radeon การรองรับคุณสมบัติ Direct3D 9.0c ย้ายไปยังรุ่นถัดไปที่ใช้ สถาปัตยกรรม R500ในขณะที่รุ่นที่ 4 ใช้ R420 ที่ได้มาจาก R300

การ์ดกราฟิก Radeon X800 รุ่นแรกๆ นั้นใช้ชิปประมวลผล R420 โดยมีรุ่นRadeon X800 XT Platinum EditionและRadeon X800 Proรุ่น X800 XT PE มีความเร็วสัญญาณนาฬิกา หลัก 520 MHz และ RAM 560 MHz พร้อมไปป์ไลน์ 16 ตัว ส่วนรุ่น X800 Pro มีความเร็วสัญญาณนาฬิกา 475/450  MHz โดยปิดใช้งานไปป์ไลน์ 1 ชุด ทำให้เหลือไปป์ไลน์พิกเซล 12 ตัวที่ใช้งานได้ กล่าวโดยสรุปคือ X800 Pro สร้างขึ้นจากชิปประมวลผล R420 ที่มีข้อบกพร่องบางส่วน นอกจากนี้ยังมีรุ่น X800 Pro VIVO (Video-in-Video-out) ที่วางจำหน่ายและได้รับความนิยมในหมู่นักโอเวอร์คล็อก เนื่องจากโดยปกติแล้วสามารถเปิดใช้งานไปป์ไลน์ที่ปิดใช้งานได้ ทำให้ได้การ์ด X800 XT PE ที่ใช้งานได้เต็มรูปแบบในราคาที่ต่ำกว่า

การ์ดกราฟิก Radeon X700 (RV410) ซีรีส์เข้ามาแทนที่ X600 ในเดือนกันยายนปี 2004 X700 Pro มีความเร็วสัญญาณนาฬิกา หลัก 425 MHz และผลิตด้วยกระบวนการ 0.11 ไมโครเมตร RV410 ใช้โครงสร้างประกอบด้วยไปป์ไลน์พิกเซล 8 ตัวเชื่อมต่อกับ ROPs 4 ตัว (คล้ายกับGeForce 6 600) ในขณะที่ยังคงรักษาเชเดอร์เวอร์เท็กซ์ 6 ตัวของ X800  ไว้ กระบวนการผลิต 110 นาโนเมตรเป็นกระบวนการลดต้นทุน ออกแบบมาเพื่อลดขนาดชิปในขณะที่ยังคงรักษาผลผลิตสูง ไม่ใช่เพื่อความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูง มีการวางแผนที่จะผลิต X700 XTและได้รับการรีวิวจากเว็บไซต์ฮาร์ดแวร์ต่างๆ แต่ไม่เคยวางจำหน่าย เชื่อกันว่า X700 XT ตั้งขีดจำกัดความเร็วสัญญาณนาฬิกาไว้สูงเกินไปสำหรับ ATI ที่จะผลิตได้อย่างคุ้มค่า นอกจากนี้ X700 XT ยังไม่สามารถแข่งขันกับGeForce 6 600GT ที่น่าประทับใจของ nVidia ได้อย่างเพียงพอ ATI จึงหันไปผลิตการ์ดในซีรีส์ X800 เพื่อแข่งขันแทน

การ์ดกราฟิก Radeon X800ซีรีส์ "R430" ที่ผลิตด้วยกระบวนการ 110 นาโนเมตร เปิดตัวเมื่อปลายปี 2004 พร้อมกับ การ์ด X850 รุ่นใหม่ของ ATI X800 ถูกออกแบบมาเพื่อทดแทนตำแหน่งที่ X700 XT ไม่สามารถรักษาไว้ได้ โดยมี 12 ไปป์ไลน์และบัส RAM 256 บิต การ์ดรุ่นนี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่า 6600GT อย่างมาก และมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับGeForce 6800 ส่วน X800 XLซึ่งเป็นรุ่นใกล้เคียงกันถูกวางตำแหน่งให้โค่นล้มGeForce 6800 GT ของ NVIDIA ด้วยความเร็วหน่วยความจำที่สูงกว่าและ 16 ไปป์ไลน์เต็มรูปแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม R430 ไม่สามารถทำความเร็วสัญญาณนาฬิกาได้สูง เนื่องจากถูกออกแบบมาเพื่อลดต้นทุนต่อ GPU เป็นหลัก ดังนั้นจึงยังคงจำเป็นต้องมีแกนประมวลผลระดับสูงสุดรุ่นใหม่ โปรเซสเซอร์ระดับไฮเอนด์รุ่นใหม่ล่าสุด R4x0 มาพร้อมกับซีรี่ส์ X850 ซึ่งมาพร้อมกับการปรับแต่งแกนประมวลผลต่างๆ เพื่อประสิทธิภาพที่สูงกว่าซีรี่ส์ X800 ที่ใช้สถาปัตยกรรม "R420" เล็กน้อย ซีรี่ส์ X850 ที่ใช้สถาปัตยกรรม "R480" มีให้เลือก 3 รุ่น ได้แก่X850 Pro , X850 XTและX850 XT Platinum Editionโดยผลิตด้วยกระบวนการผลิต 130  นาโนเมตรLow-K ที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสูง

ในปี 2005 ATI มีชิปประมวลผลจำนวนมากที่ "ใช้งานได้" แต่ไม่ดีพอที่จะนำไปใช้กับกราฟิกการ์ดซีรีส์ X800 หรือ X850 ดังนั้นจึงมีการสร้างSKU ใหม่ขึ้นมาคือ X800 GTโดยใช้ชิป "R480" X850 หรือชิป "R430" X800 XL ที่มีควอดประมวลผล 2 ชุดที่ใช้งานได้ และสามารถทำงานที่ความเร็ว 475  MHz การ์ดเหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อแข่งขันกับ GeForce 6600GT และ X800 รุ่นก่อนหน้าที่ใช้ชิป "R430" นอกจากนี้ ATI ยังได้ออกX800 GTOซึ่งเป็นการ์ดที่มีไปป์ไลน์ 12 ชุด (3 ควอดประมวลผล) โดยใช้ชิป "R480" หรือ "R430" ที่ความเร็ว 400  MHz การ์ดรุ่นนี้มีประสิทธิภาพอยู่ระหว่าง X800 GT และ X800 XL คือเร็วกว่าGeForce 6800 ทั่วไป แต่ช้ากว่า GeForce 6800 GT ยอดขายที่สูงของกราฟิกการ์ดรุ่นนี้เกิดจากประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสูง coupled กับราคาที่สูงกว่า X800 GT เพียงเล็กน้อย กลุ่มนักโอเวอร์คล็อกพบว่า GTO ที่ใช้ชิป R480 สามารถทำความเร็วสัญญาณนาฬิกาได้ใกล้เคียงกับ X850 XT บ่อยครั้ง

สุดท้ายนี้ SKU อีกตัวหนึ่งคือX800 GTO²ซึ่งใช้ชิป R480 เช่นกัน ผลิตโดยSapphire Technologyเช่นเดียวกับ X800 GTO การ์ดนี้มักมาพร้อมกับการกำหนดค่าแบบ 3 ควอด เช่นเดียวกับ X800 GTO GTO² มีความพิเศษในซีรี่ส์ GTx เพราะด้วยการเปลี่ยน BIOS การ์ดเหล่านี้เกือบทุกครั้งสามารถเปลี่ยนเป็นการ์ดแบบ 4 ควอดได้อย่างสมบูรณ์^{[ 7 ]}การ์ด X800 GTO² บางตัวถูกจัดส่งมาพร้อมกับ 4 ควอดที่เปิดใช้งานแล้ว แต่บางตัวใช้ชิป R430 แทนที่จะเป็น R480 และไม่สามารถทำความเร็วสัญญาณนาฬิกาได้เทียบเท่า X850 รูปแบบสุดท้ายของซีรี่ส์ GTO คือบอร์ด GTO พิเศษที่มีไปป์ไลน์ 16 ตัวที่เปิดใช้งานอย่างเป็นทางการ เช่นX800 GTO-16ที่ ใช้ชิป "R430" ของ Powercolor

• "Inside R420 ของ ATI (การวิเคราะห์ทางสถาปัตยกรรม)"โดย aths, 3DCenter.Org, 4 พฤษภาคม 2547
• การ์ดจอ Radeon X800 จาก ATI คว้าชัยชนะอีกครั้งในสงครามประสิทธิภาพกราฟิก — คุณสมบัติ สถาปัตยกรรม และผลการทดสอบของ Radeon X800
• การ์ดจอ Radeon X700 XT ของ ATI — เจาะลึกรายละเอียดของ X700 XT รุ่นที่ยังไม่วางจำหน่าย
• techPowerUp! ฐานข้อมูล GPU